СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА Fe2O3 ПРИ

СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА Fe2O3 ПРИ
ВОССТАНОВЛЕНИИ ЕГО АЛЮМИНИЕМ В ПРОЦЕССЕ
МЕХАНОСИНТЕЗА НАНОКОМПОЗИТОВ
Фалкова Александра Николаевна, Потапкин Василий Борисович
cтудентка
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
e-mail: _falkova@mail.ru
В настоящее время нанокомпозиты металл (смесь металлов) / оксид (карбид, борид,
нитрид) находят широкое применение в качестве прекурсоров самовоспламеняющегося
высоко температурного синтез. Механохимический подход может обеспечить получение
широкого спектра наноразмерных композитных материалов, в том числе и с оксидами.
Целью работы являлось исследования процесса структурных превращений,
происходящих в процессе механохимического восстановления оксида железа Fe2O3
алюминием. Для этого проводился кратковременный механический размол в течение 40
секунд смесей порошков оксида железа и алюминия разной концентрации в
высокоэнергетичной шаровой мельнице планетарного типа. Исследование структурных
превращений проводилось методами рентгеновской дифракции, мессбауэровской
спектроскопии и ИК-спектроскопии.
Проведенный анализ экспериментальных данных о продуктах механохимического
взаимодействия оксида железа с 2г алюминия показал, что уже после 40 сек происходит
максимальное восстановление железа до 40% и α-Al2O3 согласно реакции (Fe2O3 + 2 Al →
Al2O3 + 2 Fe). Кроме того, на мёссбауэровских спектрах фиксируется небольшое
количество недовостанновленных оксидов железа Fe2O3, Fe3O4. (Fe1-хAlx)3O4, а также
небольшое кол-во интерметаллидов Fe2Al5 , FeAl. Оценка размеров ОКР продуктов,
образующихся в ходе МА смесей оксида железа с алюминием, сделанная на основании
рентгенографических данных, свидетельствует об их наноразмерах.
При двукратном избытке алюминия восстановление большей части оксида железа с
образованием α-Al2O3 происходит так, что восстановленное железо взаимодействует с
избытком алюминия, приводя к образованию смеси интерметаллических соединений, в
которой больше всего интерметаллида FeAl.
При трехкратном избытке алюминия в исходной смеси заметно уменьшается
скорость механохимического восстановления. Мёссбауэровские исследования показали,
что в процессе МА такой смеси идет только частичное восстановление α-Fe2O3. 75% этого
оксида не провзаимодействовало. Мы полагаем, что в этом случае, возможно, происходит
капсулирование оксида железа алюминием, вследствие чего ухудшаются условия
зародышеобразования, необходимые для прохождения топохимической реакции
восстановления.
При четырехкратном избытке алюминия в исходной смеси восстановление оксида
железа при исследованной продолжительности МА практически не происходит.
Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод, что
механохимически
можно
достаточно
эффективно
получать
нанокомпозиты
интерметаллид / оксид с большим содержанием оксидной фазы, при этом состав
интерметаллидной фазы и кинетика восстановления зависят
от количества
восстановителя в исходной смеси.